TWI695741B - 研磨後清潔裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明實施例提供一種研磨後清潔裝置。研磨後清潔裝置包括晶圓刷具。晶圓刷具包括內管以及覆蓋於內管的外表面的發泡層。內管的管壁具有多個孔洞，分別連通於內管中的清洗液流道與發泡層之間。內管的管壁的開口率由內管的中心部分沿內管的延伸方向而朝向內管的兩端增加。
Description
本發明是有關於一種清潔裝置，且特別是有關於一種化學機械研磨後（post chemical mechanical polishing，post-CMP）晶圓清潔裝置。
在對半導體晶圓進行研磨之後，通常藉由刷具清除半導體晶圓表面上的研磨殘留物。如此一來，可確保半導體晶圓能夠進行後續例如是微影、沈積、蝕刻等製程。然而，經使用一段時間後，此刷具的端部易有研磨殘留物阻塞的問題，而造成此端部的清潔能力受到影響。因此，縮短此刷具的使用週期（lifetime）。
本發明提供一種研磨後清潔裝置，能夠延長其晶圓刷具的使用週期。
本發明實施例的研磨後清潔裝置包括晶圓刷具。晶圓刷具包括內管以及覆蓋於內管的外表面的發泡層。內管的管壁具有多個孔洞。多個孔洞分別連通於內管中的清洗液流道與發泡層之間。內管的管壁的開口率由內管的中心部分沿內管的延伸方向而朝向內管的兩端增加。
在一些實施例中，發泡層具有本體部以及多個突出部，且多個突出部由本體部而朝外突出。
在一些實施例中，晶圓刷具經配置以轉動而藉由發泡層刷除晶圓上的研磨殘留物。
在一些實施例中，晶圓經配置以於受到清潔處理時轉動，且晶圓的旋轉軸實質上垂直於晶圓刷具的旋轉軸。
在一些實施例中，多個孔洞之間的間距由內管的中心部分朝向內管的兩端縮短。
在一些實施例中，多個孔洞的孔徑由內管的中心部分朝向內管的兩端增加。
在一些實施例中，內管的兩端的孔洞密度大於內管的中心部分的孔洞密度。
在一些實施例中，內管的兩端分別具有彼此側向間隔開的多個支架，且多個支架沿內管的延伸方向而延伸。
基於上述，本發明實施例所提供的研磨後清潔裝置的刷洗站包括晶圓刷具。晶圓刷具可為中空的圓筒狀，且在清潔半導體晶圓時在轉動的半導體晶圓上滾動，而刷除半導體晶圓上的研磨殘留物及/或雜質。晶圓刷具包括內管以及覆蓋於內管的外表面的發泡層。內管的管壁具有多個孔洞，其分別連通於內管中的清洗液流道與發泡層之間。此外，內管的管壁的開口率由內管的中心部分沿內管的延伸方向而朝向內管的兩端增加。如此一來，更多的清洗液可經提供至發泡層的靠近晶圓刷具兩端的部分，也就是發泡層的研磨殘留物及/或雜質含量可能較高的部分。因此，可較佳地清洗發泡層的研磨殘留物及/或雜質含量較高的部分，而可延長發泡層的使用週期。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1A是依照本發明一些實施例的晶圓處理設備10的上視示意圖。
請參照圖1A，晶圓處理設備10可包括研磨裝置10a。研磨裝置10a可經配置以進行研磨製程。舉例而言，研磨裝置10a可進行化學機械研磨（chemical mechanical polish，CMP）製程。在一些實施例中，研磨裝置10a包括多個研磨頭100，且多個研磨墊102分別置於一些研磨頭100下方。各研磨頭100經配置以固持半導體晶圓，以使半導體晶圓的待研磨面接觸下方的研磨墊102。舉例而言，研磨頭100可為真空吸座或靜電吸座。在一些實施例中，研磨頭100可經配置以旋轉半導體晶圓，且此旋轉方向可與研磨墊102的旋轉方向相同。此外，在一些實施例中，藉由環繞於半導體晶圓外圍的固定環（未繪示）限制半導體晶圓的移動。再者，研磨裝置10a更可包括多個研磨液提供裝置104與研磨墊調節裝置（conditioner）106。多個研磨液提供裝置分別設置於一研磨墊102上方，並經配置以將研磨液提供至研磨墊102的表面。另一方面，研磨墊調節裝置106的接觸於研磨墊102的表面具有多個堅硬顆粒（例如是鑽石顆粒或陶瓷顆粒）。藉由將此些堅硬顆粒接觸於轉動的研磨墊102，可調節研磨墊102的表面，以使研磨墊102的頂端纖維結構保持在直立狀態並盡可能具有彈性，且確保研磨墊102中具有能接收新的研磨粒的多餘空隙。
另一方面，晶圓處理設備10更包括研磨後清潔裝置10b。在完成研磨製程後，可藉由一或多個傳送裝置108而將半導體晶圓傳送至研磨後清潔裝置10b，以移除半導體晶圓表面上的研磨殘留物及其他雜質。在一些實施例中，研磨後清潔裝置10b由入口至出口依序包括裝載站（loading station）110、震盪槽112、刷洗站114、刷洗站116、沖洗站118以及卸載站120等站點。此外，可藉由傳送裝置122而將半導體晶圓由一站點傳送至另一站點。當半導體晶圓被傳送至研磨後清潔裝置10b後，可暫存於裝載站110。接著，可將半導體晶圓傳送至震盪槽112中，而藉由震盪（例如是超音波震盪）而至少部分地去除半導體晶圓112上的研磨殘留物（例如是氧化鐵）及/或雜質（例如是碳顆粒）。隨後，將半導體晶圓依序傳送至刷洗站114與刷洗站116。在刷洗站114中，半導體晶圓被夾置於一組晶圓刷具124之間。藉由轉動此一組晶圓刷具124，可刷洗半導體晶圓的正面與背面。相似地，在刷洗站116中也可進行上述的刷洗步驟。接著，將半導體晶圓傳送至沖洗站118。在沖洗站118中，以例如是異丙醇（isopropyl alcohol，IPA）等溶液潤洗半導體晶圓。此外，可轉動半導體晶圓，以排除半導體晶圓上的水氣。完成潤洗乾燥之後，可將半導體晶圓傳送至卸載站120，而離開晶圓處理設備10。
圖1B示例性地繪示圖1A所示的刷洗站114/116的立體圖。需注意的是，圖1A所繪示的刷洗站114/116的視圖可為由圖1B的左側或右側觀察的視圖
請參照圖1A與圖1B，在一些實施例中，刷洗站114/116包括兩個晶圓刷具124。兩個晶圓刷具124可分別具有圓筒狀的外形，且沿相同方向（例如是圖1B中的方向Y）延伸。在半導體晶圓W經傳送至兩個晶圓刷具124之間時，兩個晶圓刷具124可夾置半導體晶圓W。在一些實施例中，半導體晶圓W位於圖1B的XY平面（方向X與方向Y構成的平面）上，且可繞旋轉軸R1而順時針或逆時針旋轉。另一方面，兩個晶圓刷具124可分別繞旋轉軸R2與旋轉軸R3而順時針或逆時針旋轉。旋轉軸R2的延伸方向與旋轉軸R3的延伸方向實質上彼此平行，且分別交錯於旋轉軸R1的延伸方向。如此一來，在晶圓刷具124與半導體晶圓W的轉動過程中，晶圓刷具124可刷洗半導體晶圓W的表面。舉例而言，旋轉軸R2與旋轉軸R3可沿圖1B的方向Y延伸，而旋轉軸R1可沿圖1B的方向Z延伸。在一些實施例中，設置於半導體晶圓W周圍的滾輪RL可協助半導體晶圓W的轉動。
在一些實施例中，晶圓刷具124包括中空的內管126以及覆蓋於內管126的外表面上的發泡層128。發泡層128可為多孔材料，且用以接觸並刷洗半導體晶圓W的表面。在一些實施例中，發泡層128具有本體部128a以及自本體部128a突出的多個突出部128b。多個突出部128b可加強發泡層128對半導體晶圓W的清洗效果。經發泡層128刷除的研磨殘留物及/或雜質可能停留在發泡層128的孔隙中，而需要藉由清洗液來排除此些停留在發泡層128內的研磨殘留物及/或雜質。清洗液可由內管126的一端注入內管126中的流道126a。此外，內管126的管壁具有多個孔洞（如圖2A至圖2E所示），以使流道126a中的清洗液可經由此些孔洞而流至發泡層128，且由發泡層128離開晶圓刷具124。如此一來，清洗液可將停留在發泡層128中的研磨殘留物及/或雜質排出發泡層128。
如圖1B所示，在一些實施例中，晶圓刷具124的刷洗面積由晶圓刷具124的中心往晶圓刷具124的兩端遞增。在此些實施例中，停留於晶圓刷具124的發泡層128內的研磨殘留物及/或雜質可能由晶圓刷具124的中心部分往晶圓刷具124的兩端遞增。因此，越靠近晶圓刷具124的兩端需要越多的清洗液來排除此些研磨殘留物及/或雜質。在一些實施例中，可藉由調整晶圓刷具124的內管126的管壁之開口率分布來調整供給至發泡層128各部分的清洗液流量。具體而言，內管126的管壁的開口率可由內管126的中心部分沿內管126的延伸方向（例如是方向Y）而朝向內管126的兩端增加。
圖2A是依照本發明一些實施例的晶圓刷具的內管126的示意圖。
請參照圖1B與圖2A，晶圓刷具124的內管126具有多個孔洞P。在一些實施例中，此些孔洞P可排列為多數排。舉例而言，內管126可具有實質上等距排列的4排孔洞P（圖2A僅繪示出兩排孔洞P）。對於每一排孔洞P，孔洞P之間的間距D由內管126的中心部分126c往內管126的兩端126e縮短。如此一來，內管126的管壁之開口率可由內管126的中心部分126c往內管126的兩端126e增加，而使更多的清洗液可提供至發泡層128的靠近晶圓刷具124兩端的部分（亦即發泡層128的研磨殘留物及/或雜質含量較高的部分）。如此一來，可較佳地清洗發泡層128的研磨殘留物及/或雜質含量較高的部分，而可延長發泡層128的使用週期（lifetime）。在一些實施例中，孔洞P之間的間距D由內管126的中心部分126c往內管126的兩端126e漸縮。舉例而言，孔洞P之間的間距D的最大值可為約3.0 cm至約15.0 cm，而間距D的最小值可大於零且小於約3.0 cm。另一方面，在圖2A所繪示的實施例中，多個孔洞P可具有實質上相同的孔徑A。
圖2B是依照本發明一些實施例的晶圓刷具的內管226的示意圖。圖2B所示的內管226相似於圖2A所示的內管126。以下僅描述兩者之間的差異，相同或相似處則不再贅述。
請參照圖1B與圖2B，對於內管226的每一排孔洞P1，孔洞P1的孔徑A由內管226的中心部分226c往內管226的兩端226e增加。如此一來，內管226的管壁之開口率亦可由內管226的中心部分226c往內管226的兩端226e增加，而使更多的清洗液可提供至發泡層128的靠近晶圓刷具124兩端的部分（亦即發泡層128的研磨殘留物及/或雜質含量較高的部分）。在一些實施例中，孔洞P1的孔徑A由內管226的中心部分226c往內管226的兩端226e漸擴。舉例而言，孔洞P1的孔徑A的最大值可為約0.5 cm至約2.0 cm，而孔徑A的最小值可大於或等於約0.1並小於約0.5 cm。另一方面，在圖2B所繪示的實施例中，每一排孔洞P1具有實質上固定的孔洞間距D。
圖2C是依照本發明一些實施例的晶圓刷具的內管326的示意圖。圖2C所示的內管326相似於圖2A所示的內管126以及圖2B所示的內管226。以下僅描述以上三者之間的差異，相同或相似處則不再贅述。
請參照圖1B與圖2C，對於內管326的每一排孔洞P2，孔洞P2之間的間距D由內管326的中心部分326c往內管326的兩端326e縮短，且孔洞P2的孔徑A由內管326的中心部分326c往內管326的兩端326e增加。如此一來，可使內管326的管壁之開口率更大程度地由內管326的中心部分326c往內管的326的兩端326e增加。
圖2D是依照本發明一些實施例的晶圓刷具的內管426的示意圖。圖2D所示的內管426相似於圖2A所示的內管126。以下僅描述兩者之間的差異，相同或相似處則不再贅述。
請參照圖1B與圖2D，相較於內管426的中心部分426c，內管426的靠近兩端426e的部分設置更多排的孔洞P3。舉例而言，內管426的中心部分426c具有4排孔洞P3（圖2D僅繪示出兩排孔洞P3），而內管的靠近兩端426e的部分具有8排孔洞P3（圖2D僅繪示出4排孔洞P3）。如此一來，內管426的兩端426e的孔洞密度大於內管426的中心部分426c的孔洞密度，且內管426的管壁之開口率亦可由內管426的中心部分426c往內管426的兩端426e增加。在一些實施例中，內管426的設置有額外數排孔洞的部分之長度對於內管426的總長的比值在0.05至0.5的範圍中。另一方面，在一些實施例中，內管426的每一排孔洞P3可具有實質上固定的孔徑A與孔洞間距D。在替代實施例中，對於內管426的每一排孔洞P3，孔徑A可朝向內管426的兩端426e增加，及/或孔洞間距D可朝向內管426的兩端426e縮短。
圖2E是依照本發明一些實施例的晶圓刷具的內管526的示意圖。圖2E所示的內管526相似於圖2A所示的內管126。以下僅描述兩者之間的差異，相同或相似處則不再贅述。
請參照圖1B與圖2E，內管526的兩端526e分別具有彼此側向間隔開的多個支架S。支架S為內管526的管壁之延伸部分，且沿內管526的延伸方向而延伸。如圖2E所示，內管526的兩端526e分別僅由數個支架S支撐，而此些支架S外的空間為中空的間隙。如此一來，可更大幅地提高內管526的兩端526e的開口率。在一些實施例中，支架S的長度L為約1.6 cm至約16 cm，而支架S的寬度WD為約0.2 cm至約1.0 cm。此外，支架S的長度L對於內管526的總長的比值可在0.05至0.5的範圍中。另一方面，內管526的每一排孔洞P4可具有實質上固定的孔徑A與孔洞間距D。作為替代地，對於內管526的每一排孔洞P4，孔徑A可由內管526的中心部分526c朝向內管526的兩端526e增加，及/或孔洞間距D可由內管526的中心部分526c朝向內管526的兩端526e縮短。
綜上所述，本發明實施例所提供的研磨後清潔裝置的刷洗站包括晶圓刷具。晶圓刷具可為中空的圓筒狀，且在清潔半導體晶圓時在轉動的半導體晶圓上滾動，而刷除半導體晶圓上的研磨殘留物及/或雜質。晶圓刷具包括內管以及覆蓋於內管的外表面的發泡層。內管的管壁具有多個孔洞，其分別連通於內管中的清洗液流道與發泡層之間。此外，內管的管壁的開口率由內管的中心部分沿內管的延伸方向而朝向內管的兩端增加。如此一來，更多的清洗液可經提供至發泡層的靠近晶圓刷具兩端的部分，也就是發泡層的研磨殘留物及/或雜質含量可能較高的部分。因此，可較佳地清洗發泡層的研磨殘留物及/或雜質含量較高的部分，而可延長發泡層的使用週期。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10:晶圓處理設備
10a:研磨裝置
10b:研磨後清潔裝置
100:研磨頭
102:研磨墊
104:研磨液提供裝置
106:研磨墊調節裝置
108、122:傳送裝置
110:裝載站
112:震盪槽
114、116:刷洗站
118:沖洗站
120:卸載站
124:晶圓刷具
126、226、326、426、526:內管
126a:流道
126c、226c、326c、426c、526c:中心部分
126e、226e、326e、426e、526e:兩端
128:發泡層
128a:本體部
128b:突出部
A:孔徑
D:間距
L:長度
P、P1、P2、P3、P4:孔洞
R1、R2、R3:旋轉軸
RL:滾輪
S:支架
W:半導體晶圓
WD:寬度
X、Y、Z:方向
圖1A是依照本發明一些實施例的晶圓處理設備的上視示意圖。
圖1B示例性地繪示圖1A所示的刷洗站的立體圖。
圖2A至圖2E是依照本發明一些實施例的晶圓刷具的內管的示意圖。
114、116:刷洗站
124:晶圓刷具
126:內管
126a:流道
128:發泡層
128a:本體部
128b:突出部
R1、R2、R3:旋轉軸
RL:滾輪
W:半導體晶圓
X、Y、Z:方向
Claims (8)
- 一種研磨後清潔裝置，包括： 晶圓刷具，包括內管以及覆蓋於所述內管的外表面的發泡層，其中所述內管的管壁具有多個孔洞，所述多個孔洞分別連通於所述內管中的清洗液流道與所述發泡層之間，且所述內管的所述管壁的開口率由所述內管的中心部分沿所述內管的延伸方向而朝向所述內管的兩端增加。
- 如申請專利範圍第1項所述的研磨後清潔裝置，其中所述發泡層具有本體部以及多個突出部，所述多個突出部由所述本體部而朝外突出。
- 如申請專利範圍第1項所述的研磨後清潔裝置，其中所述晶圓刷具經配置以轉動而藉由所述發泡層刷除晶圓上的研磨殘留物。
- 如申請專利範圍第3項所述的研磨後清潔裝置，其中所述晶圓經配置以於受到清潔處理時轉動，且所述晶圓的旋轉軸實質上垂直於所述晶圓刷具的旋轉軸。
- 如申請專利範圍第1項所述的研磨後清潔裝置，其中所述多個孔洞之間的間距由所述內管的所述中心部分朝向所述內管的所述兩端縮短。
- 如申請專利範圍第1項所述的研磨後清潔裝置，其中所述多個孔洞的孔徑由所述內管的所述中心部分朝向所述內管的所述兩端增加。
- 如申請專利範圍第1項所述的研磨後清潔裝置，其中所述內管的所述兩端的孔洞密度大於所述內管的所述中心部分的孔洞密度。
- 如申請專利範圍第1項所述的研磨後清潔裝置，其中所述內管的所述兩端分別具有彼此側向間隔開的多個支架，所述多個支架沿所述內管的所述延伸方向而延伸。
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